Ce texte est le dernier de 3 articles. Il a été co-rédigé avec Monique Henry du CEGEP de St-Laurent (Québec).

 

 

Dans les articles précédents, nous avons étudié les causes et les conséquences des phénomènes d'agressivité, de corrosivité et d'incrustation. Nous étudierons ici les principales méthodes usuelles de "stabilisation" de l'eau ainsi que les stratégies applicables.

 

 

A - Élimination du CO2 agressif

 

Il est clair que les eaux agressives sont trop riches en CO2 et la méthode la plus simple consiste à éliminer cet excès : il suffit souvent de mettre l'eau en contact étroit avec l'atmosphère ; les méthodes classiques consistent à projeter l'eau (à l'aide d'une pompe), à la faire ruisseler ou à créer des remous importants. La solubilité des gaz diminue fortement quand la température augmente et le "dégazage" est donc plus efficace quand la température augmente.

 

 

B - Ajustement du pH et de l'alcalinité

 

Dans la plupart des stations de production d'eau potable qui appliquent un traitement "complet", l'alcalinité est réajustée avant la distribution par ajout d'un agent qui, du même coup et selon sa force, remonte plus ou moins le pH.

 

B1) Hydroxyde de sodium (NaOH)

L'addition de soude caustique (base forte) neutralise le CO2 (acide faible) avec production de bicarbonate de sodium, soluble. La soude tend à augmenter fortement le pH et le dosage doit être bien contrôlé. La solution commerciale est habituellement à 50%. Elle est facile à doser, généralement sous forme d'une solution à 10% mais reste un produit dangereux. Son coût est en forte baisse.

Il faut 0,80 mg/L de NaOH pour relever l'alcalinité de 1 mg/L CaCO3.

 

B2) Carbonate de sodium (Na2CO3)

Le carbonate de sodium ou "soda ash" est facile d'utilisation et sans danger; on l'emploie en général sous forme d'une solution à 10%, injectée par une pompe doseuse.

Il faut 1,06 mg/L pour relever l'alcalinité de 1 mg/L CaCO3.

 

B3) Bicarbonate de sodium (NaHCO3)

Le bicarbonate est une base faible qui augmente peu le pH. Il est relativement soluble dans l'eau et on l'emploie généralement sous forme d'une solution à 5%, injectée par une pompe doseuse.

Il faut  1,67 mg/L pour relever l'alcalinité de 1 mg/L CaCO3.

 

 

C - Mise à l'équilibre calco-carbonique

 

On a vu que l'ajustement du pH ne suffit pas toujours pour amener l'eau "à l'équilibre" puisque à la fois l'alcalinité ET la dureté calcique doivent être corrigées.

 

C1) Chaux : Ca(OH)2

La chaux est peu soluble dans l'eau et son utilisation est très problématique. La solubilité est de 1,6 g/L et on prépare le "lait de chaux" à une teneur de 5 à 10%. Pour le dosage, on emploie des pompes volumétriques ou centrifuges. Les grandes stations disposent de silos mais la manipulation de la chaux reste problématique.

Il faut 0,74 mg/L pour relever l'alcalinité ET la dureté calcique de 1 mg/L CaCO3

 

C2) Bicarbonate de sodium et sel de calcium

Une solution pour remonter à la fois l'alcalinité et la dureté calcique consiste à ajouter du NaHCO3  et du chlorure (ou du sulfate) de calcium; CaCl2 est bien soluble et facile d'emploi. L'eau ainsi traitée est cependant enrichie en anions "agressifs".

Il faut 1,67 mg/L de bicarbonate pour relever l'alcalinité de 1 mg/L.

Il faut 1,1 mg/L de chlorure de calcium pour relever la dureté de 1 mg/L.

 

C3) Carbonate de calcium ou de magnésium (filtration)

Une autre méthode théoriquement très simple consiste à faire passer l'eau agressive au travers d'un lit de calcaire (CaCO3) ou d'un mélange de CaCO3 et de MgCO3 (ou même de magnésie Mg(OH)2). L'eau sera automatiquement à l'équilibre.

 

 

Cas des eaux incrustantes : Ajout d'acide

 

Les eaux incrustantes peuvent être corrigées par injection de gaz carbonique ou par ajout d'un acide fort dilué comme l'acide sulfurique.

1 mg/L d'acide commercial  consomme  1,02 mg/L CaCO3 d'alcalinité

 

L'acide concentré commercial (98%) est très dangereux; l'acide doit être conservé dans des réservoirs spéciaux selon sa dilution. Les équipements de dosage doivent également être particulièrement résistants et de nombreuses précautions concernant la santé et la sécurité au travail doivent être prises. Une autre façon de corriger les eaux très dures est l'adoucissement (total ou partiel) qui diminue la dureté totale et calcique.

 

 

D - Ajouts d'inhibiteurs / séquestrants / dispersants

 

La correction de l'eau est rarement parfaite. Parfois, elle nécessiterait l'atteinte de pH déraisonnables. Certains exploitants préfèrent ne pas régler complètement le problème mais plutôt en diminuer les effets - principalement la corrosion des conduites et les plaintes dues à la rouille.

Plusieurs additifs sont disponibles pour masquer ces effets en inhibant la corrosion grâce à un dépôt protecteur ou en séquestrant les métaux - comme le fer - qui ont été solubilisés. Les inhibiteurs de corrosion sont généralement ajoutés directement à l'usine, avant la distribution. Leur choix et la dose à appliquer dépendent à la fois des caractéristiques de l'eau et de celles du réseau - en particulier, des problèmes qui y prévalent.

 

1)Produits à base de phosphates

 

Les orthophosphates : Les concentrations varient généralement entre 0,3 et 1,6 mg/L en P.

 

Les polyphosphates linéaires ou cycliques : En fait, les polyphosphates ne sont pas des inhibiteurs de corrosion, mais plutôt des agents séquestrant les métaux (fer, manganèse et calcium) diminuant donc les problèmes d'eau rouge et la précipitation de carbonate de calcium. C'est aussi la raison pour laquelle les produits commerciaux sont souvent des mélanges d'ortho et de polyphosphates.

 

Les phosphates de zinc : Ils contiennent de 10 à 30% de zinc combiné à des ortho ou des polyphosphates en solution acide. L'efficacité de cette combinaison est souvent supérieure et variable selon le rapport phosphate/zinc. La formation d'une couche protectrice est généralement plus rapide quand la proportion de zinc augmente.

 

Le phosphore étant un élément nutritif, il faut cependant surveiller la possibilité de " recroissance " dans le réseau!

 

2)Produits à base de silicates

 

Utilisés à la fois comme inhibiteurs de corrosion et comme agents séquestrants, on peut citer  le Na2SiO3, le Na6SiO7 et le Na2Si3O7. Leur protection contre la corrosion est principalement due à l'élévation du pH et à la formation d'une couche protectrice. Enfin, il existe des mélanges commerciaux de produits à base de phosphates et de silicates en différentes proportions.

 

 

STRATÉGIES DE CONTRÔLE

 

Choix et implantation de la stratégie

 

Le "Guide de conception des installations de production d'eau potable" du Ministère du Développement Durable, de l'Environnement, de la Faune et des Parcs du Québec insiste sur le fait que, pour avoir du succès, la stratégie doit être choisie au cas par cas en fonction des particularités de chaque système et précise les étapes à suivre :

 

-Faire un diagnostic;

-Déterminer les objectifs (diminuer les plaintes, gérer les dépôts, diminuer la dissolution du cuivre et du plomb, ...);

-Caractériser le système : la qualité de l'eau, le réseau (matériau et hydraulique - débit, pression, temps de séjour, sens d'écoulement, impasse,...);

-Choisir la stratégie à appliquer : élaborer un protocole expérimental qui comprend des essais à l'échelle de laboratoire (permet de tester une grande quantité de stratégies) et à l'échelle pilote (permet de comparer plusieurs stratégies dans des conditions plus représentatives des conditions réelles);

-Implanter la stratégie : application de la stratégie retenue à l'ensemble du réseau de distribution ou à un secteur isolé pour débuter, préparation du réseau à recevoir un changement, élaboration d'un plan pour minimiser les inconvénients pour la population, vérifier l'efficacité de la stratégie en fonction des objectifs visés.

 

Dans le même guide, on explique que, surtout pour de nouveaux réseaux, la corrosion des conduites peut être réduite en faisant un choix de matériaux adéquat et en optimisant le design du réseau. Lorsque cela est possible, le choix du matériau doit tenir compte des caractéristiques de l'eau et de la compatibilité des matériaux.

 

Enfin, le guide signale qu'à grande échelle, un réseau de distribution mal conçu risque de créer des secteurs où l'eau sera de mauvaise qualité et où la désinfection ne sera pas efficace. De même, un réseau mal conçu risque d'entraîner une turbidité élevée ainsi que des goûts et des odeurs désagréables.

 

Étant donné les coûts d'exploitation et de réhabilitation des infrastructures, il faut retenir que la "mise à l'équilibre" de l'eau distribuée doit être une préoccupation constante, dans toute la filière de traitement.

 

 

 

[TECHEAUA]